STT Khối chính Hoạt động tiêu thụ Dòng điện lớn nhất 1 ESP8266 Truyền nhận dữ liệu, điều khiển ngoại vi ≈ 200mA
2 NRF24L01 Truyền thơng giữa vịng tay và gateway ≈ 100mA
3 Module
Sim800L Truyền thông giữa gateway và điện thoại 100mA – 2A
4 Tổn hao khác -- ≈ 100mA
2.2. Sơ đồ nguyên lý
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý của vịng tay
Hình 2 - 3: Sơ đồ ngun lý của vòng tay
Với các chức năng như đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu, phát hiện ngã, và gửi dữ liệu đọc được cũng như yêu cầu về gateway, vịng tay có cấu tạo như sau (xem
Hình 2 - 3):
• VĐK được sử dụng là Atmega328.
• Khối cảm biến được nối theo chuẩn I2C, các chân SCL, SDA lần lượt được nối vào I/O PC5, PC4 của VĐK.
• NRF24L01 được nối theo chuẩn SPI, các chân MISO-MOSI-SCK-CSN-CE lần lượt được nối vào I/O PB4-PB3-PB5-PB2-PB1 của VĐK.
• Khối đèn báo được nối với chân PC2 của VĐK.
• Khối nút nhấn gồm 2 nút, được nối lần lượt với 2 chân PC0, PC1 của VĐK với mục đích yêu cầu gọi điện cho người thân và tắt cảnh báo (nếu có).
2.2.2. Sơ đồ ngun lý của gateway
Hình 2 - 4: Mạch nguyên lý của gateway
Với chức năng điều phối, thu tín hiệu từ vịng tay và gửi dữ liệu lên internet cũng như điện thoại, gateway có cấu tạo như sau (xem Hình 2 - 4):
• ESP8266 NodeMCU là VĐK trung tâm.
• Module NRF24L01 được kết nối với D4, D5, D6, D7, D8 của ESP8266 theo chuẩn SPI.
• Module cảnh báo được nối vào chân D3, gồm có transistor phân cực class A để kích cịi báo.
• Header 8P được kết nối theo chuẩn UART, với 2 chân TX, RX kết nối với TX, RX của ESP8266, header sẽ được nối với module sim800l để phục vụ cho việc truyền thông giữa gateway và điện thoại.
2.3.1. Mạch in và mơ phỏng 3D của vịng tay
Mạch của vịng tay được mơ phỏng 3D trên phần mềm Altium (xem Hình 2 - 5).
Hình 2 - 5: Mạch in và mơ phỏng 3D của vịng tay
2.3.2. Mạch in và mô phỏng 3D của gateway
Mạch của gateway được mơ phỏng 3D trên phần mềm Altium (xem Hình 2 - 6).
CHƯƠNG 3. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
3.1. Lưu đồ hoạt động của hệ thống
3.1.1. Hoạt động của hệ thống
Trong quá trình tìm hiểu về NRF24L01, nhận thấy đây là một dịng chip có hiệu năng cao cũng như khả năng truyền tải tốt với tốc độ tối đa có thể đạt được lên tới 2Mbps. Tuy nhiên, dịng chip giá rẻ này cũng có một số nhược điểm như:
- Khả năng truyền tải khoảng cách xa kém.
- Chỉ hỗ trợ truyền tải bán song công (tại một thời điểm chỉ có thể truyền hoặc
nhận, và phải setup trước điều kiện trong phần lập trình). Hệ thống sẽ hoạt động như sau:
- Vịng tay sau khi đo đạc thơng số từ cảm biến sẽ gửi thông tin đến gateway. - Gateway sẽ kiểm tra bản tin đến, sau khi phân tích bản tin sẽ kiểm tra trạng
thái cảnh báo và đưa ra quyết định.
- Gateway sẽ gửi bản tin đã đóng gói đến Firebase của Google qua wifi và gửi
đến điện thoại qua sms.
- Ngồi ra, người dùng có thể chủ động gửi yêu cầu nhờ vào nút nhấn được thiết
kế trên vòng tay.
- Cấu trúc bản tin gửi từ vịng tay đến gateway sẽ gồm 4 byte:
• Byte 1 thể hiện giá trị nhịp tim (lần/phút). • Byte 2 thể hiện giá trị nồng độ oxy trong máu. • Byte 3 thể hiện trạng thái cảnh báo (0 hoặc 1).
• Byte 4 thể hiện yêu cầu nhắn tin đến gateway (0 hoặc 1).
3.1.2. Lưu đồ thuật toán của vịng tay
Vịng tay có nhiệm vụ:
- Đo đạc thơng số từ cảm biến đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và cảm biến
gia tốc.
Hình 3 - 1: Lưu đồ thuật tốn của vịng tay
Kịch bản hoạt động (xem Hình 3 - 1):
- Sau khi đọc được dữ liệu từ cảm biến, vòng tay sẽ gửi bản tin data có cảnh báo
về gateway.
- Cảm biến gia tốc MPU6050 đo gia tốc của 3 trục, nếu gia tốc 3 trục vượt
ngưỡng cho phép (bị ngã), ta sẽ lập trình phát tín hiệu cảnh báo.
- Vịng tay sẽ gửi bản tin 1 lần sau 10 phút nếu khơng có cảnh báo hoặc ngay
lập tức nếu có cảnh báo. Ngồi ra, nó sẽ gửi u cầu từ người dùng thơng qua 2 nút nhấn được thiết kế trên vòng tay:
• Nút nhấn 1 yêu cầu gọi điện cho người thân ngay lập tức (nhưng không yêu cầu speak và voice).
• Nhút nhấn 2 yêu cầu tắt cảnh báo (nếu có).
3.1.3. Lưu đồ thuật tốn của gateway
Gateway có nhiệm vụ:
- Nhận dữ liệu từ vịng tay qua sóng RF.
- Cảnh báo cịi chip ngay trên mạch nếu mất kết nối wifi hay phát hiện cảnh báo
- Đóng gói bản tin thu được từ vịng tay và gửi lên firebase của google để có thể
theo dõi qua app trên điện thoại.
Hình 3 - 2: Lưu đồ thuật tốn của gateway
Kịch bản hoạt động (xem Hình 3 - 2):
- Gateway sẽ kiểm tra kết nối wifi, nếu không thể kết nối sẽ báo còi, tiếp tục
thực hiện đoạn chương trình tiếp theo.
- Nhận bản tin gửi từ vịng tay qua mạng RF, kiểm tra, phân tích bản tin, sau đó
kiểm tra trạng thái cảnh báo từ bản tin:
• Nếu đúng (phát hiện bất thường như bị ngã) sẽ tự động phát còi cảnh báo, ngay lập tức gửi thông báo lên Firebase của Google, đồng thời gửi tin nhắn đến điện thoại qua sms.
• Nếu nhận được tín hiệu tắt cịi cảnh báo từ vịng tay, thì sẽ ngừng mọi trạng thái cảnh báo.
• Nếu có tín hiệu u cầu gọi điện thoại cho người thân thì thực hiện cuộc gọi cho người thân.
- Đóng gói bản tin và gửi lên firebase của google.
3.1.4. Thuật toán phát hiện té ngã
Bằng các phương pháp nghiên cứu, thực nghiệm về mối quan hệ chuyển động của cơ thể người và gia tốc của từng hoạt động, khi một người có dấu hiệu bị ngã, gia tốc của các điểm tại cổ tay sẽ tăng cao đột ngột do các va chạm vật lý giữa người mà
mơi trường xung quanh. Nhận thấy điều đó, chúng em đã sử dụng cảm biến đo gia tốc 3 trục tự do ứng với hệ không gian 3 chiều để đo gia tốc.
Để phân biệt giữa sự vung tay hoặc những hành động thường ngày và sự té ngã, chúng em đã có sự khảo sát như bảng sau (xem Bảng 3 - 1):